一種薄硅片的重新利用方法
【專利摘要】本發明涉及一種薄硅片的重新利用方法，所述的方法步驟為1）選用兩片使用過的厚度偏薄的測試硅片，進行常規的再生工藝后，每片都有一個面是拋光面；2）將其中任意一片拋光硅片，熱氧化生成SiO2層，然后使帶有氧化層的拋光硅片A正面與另一拋光硅片B的正面兩兩正對后進行室溫鍵合；或不進行熱氧化，直接將兩片拋光硅片正面兩兩對準后進行室溫鍵合；從而獲得鍵合硅片組；3）將步驟2）鍵合的硅片組放到高溫爐中進行退火，得到加固后的硅片組；4）將鍵合硅片組進行減薄，減薄后的厚度為半導體制造需要的最高厚度加拋光需要去除的損傷層厚度；5）拋光，去除掉表面由于減薄產生的損傷層；6）經過清洗檢驗合格后送半導體制造工廠作為測試片使用。本發明充分利用了偏薄要欲報廢的偏薄硅片，降低了成本。
【專利說明】—種薄硅片的重新利用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種薄硅片的重新利用方法。尤其是半導體制造中測試片變薄后的重新利用方法。
【背景技術】
[0002]在半導體制造中，把一片硅片變成集成電路要經過很多的工序，無論哪步工序與預想的不一致都會導致產品失效，這樣在實際的半導體制造過程中，很多制程的參數在制定后，大多數情況下都會用測試片實際走下工藝來檢查設定參數是否正確，實際結果是否與預想的一致，只有確認都正確的情況下才投入產品片，這樣在實際的半導體制造中就需要很多的測試片，這些測試片不是產品片，在品質上不如產品片，但是接近產品片的品質，在價格上會比產品片略低，但是價格依然較高，也是半導體制造成本中很重要的一部分，為了降低成本，半導體制造廠商都會把這些測試片進行重復使用，每使用一次后，這些片會送到再生廠進行再生處理，然后回到生產線重新作為測試片進行使用。
[0003]例如美國專利US2009/029162A1涉及如何提高測試片使用次數的專利，每次再生后，這些測試片的厚度都會降低一次，每次降低的厚度與半導體制程工藝及采用的再生工藝有關，只有當這些測試片的厚度薄到一定程度，與機臺不匹配，或者容易發生碎片，才停止使用，最后這些變薄的測試片作為廢棄片處理。這些被作為廢棄片處理的硅片厚度，通常依然在400 μ m以上，如果這些硅片能繼續使用，則可進一步將降低半導體制造的成本。
[0004]本發明試圖提供一種再利用這些廢棄片的方法。采用將兩片這種擬作為廢棄片處理的硅片鍵合在一起，經過一定的高溫處理，提高鍵合強度，然后對表面進行拋光清洗，這樣加工出來的鍵合硅片就具有了足夠的厚度可望重新作為測試片進行使用。
[0005]采用本發明加工出來的測試片在使用中要考慮到中間有一個鍵合層，對與硅片背面相關的測試會與采用普通硅片有差異，在使用這種硅片前需要評估其影響。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種薄硅片的重新利用方法，也即提供一種將常規由于厚度變薄而要廢棄的的硅片經過處理后重新作為測試片進行使用的方法。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供一種利用常規由于厚度薄而要廢棄的硅片重新利用的方法，依次包括如下步驟:
[0008]I)、選用兩片使用過的厚度偏薄的測試硅片(拋光片A和拋光片B，即經過常規的再生工藝后厚度會不符合硅片制造的測試片的厚度要求)，進行常規的再生工藝后，每片都有I個面是拋光面；
[0009]2)、將其中任意一片拋光硅片進行熱氧化(即生成SiO2層)，例如拋光片A，然后使上述帶有氧化層的拋光硅片正面與另一拋光硅片(即拋光片B)，的正面兩兩對準后進行室溫鍵合；
[0010]或也可以不進行熱氧化，直接將兩片拋光硅片正面兩兩對準后進行室溫鍵合；獲得鍵合的硅片組；
[0011]3)、將上述鍵合的硅片組放到高溫爐中進行加固，得到加固后的硅片組；
[0012]4)、將鍵合硅片組進行減薄，減薄后的厚度為半導體制造需要的最高厚度加拋光需要去除的損傷層厚度。如減薄硅片A
[0013]5)、拋光，去除掉表面由于減薄產生的損傷層；
[0014]6)、經過清洗檢驗合格后送半導體制造工廠作為測試片使用。
[0015]7)、作為測試片在半導體工廠經過工藝使用。
[0016]8)、回到再生工廠進行常規的再生工藝。
[0017]9)、重新回到半導體工廠作為測試片使用。
[0018]10)、當厚度再次變薄而不適合半導體制造生產線使用時，將鍵合層及上層硅片去除并拋光后重新作為待鍵合的拋光片使用。去除上表面硅片的方法可以用grinder機直接磨掉，也可以采用堿腐蝕的方法，前提是鍵合前進行了熱氧化，具體方法是先將硅片進行氧化，如果在半導體工廠使用的工藝使硅片表面已經有一層氧化層則本步驟可以省略，將拋光片A面進行損傷，可以用grinder機直接研磨，也可以用噴砂的方法，然后將硅片投入到堿液，如KOH溶液中腐蝕拋光片A，然后投入到HF熔液中腐蝕掉表面的SiO2，再進行清洗后，則重新獲得拋光片B
[0019]11)、重復上述的鍵合拋光工藝后，重新回到半導體工廠作為測試片使用。
[0020]作為本發明的硅片氧化方法的改進，氧化方法優選熱氧化法。氧化厚度優選0.1到I μ m ;硅片是否需要氧化，與硅片厚度變薄后重新獲得基底片所采用的工藝有關，如果用單面機械減薄的方法(比如用grinder機直接研磨)，則不需要對拋光片A進行氧化，回收時直接減薄到界面層，再經過拋光重新獲得拋光片A，采用此方法回收時，拋光片A損失的厚度較多。采用化學方法回收拋光片A時，需要界面有氧化層，拋光片A或B (兩者任I片)需要氧化，在回收拋光片A時，需要背面也有氧化層，如果背面沒有氧化層，則需要把表層的金屬層去除后進行熱氧化，然后對正表面氧化層進行破環(如單面研磨或噴砂，單面研磨機可以是半導體工廠常用的grinder機，比如DISCO公司的841型研磨機)，放入堿性溶液中(如Κ0Η)去除掉掉表層硅，然后用HF腐蝕去掉氧化層回收了拋光片B。
[0021]作為本發明的硅片鍵合方法的改進:待鍵合拋光硅片正面的表面粗糙度(0.8nm，最終正面的粗糙度要符合半導體制造工廠的要求。
[0022]在本發明中:
[0023]1、步驟I):拋光片A及拋光片B的厚度為450 μ m到570 μ m，直徑為6英寸以上；以拋光硅片的正面作為鍵合面，拋光硅片的正面表面粗糙度要< 0.8nm;拋光硅片的反面一般為腐蝕面。
[0024]2、步驟2)的鍵合方法為常規的硅片室溫直接鍵合方法，鍵合區域的空氣潔凈等級為10級或以上(< 10級)。
[0025]3、由于硅片組經室溫鍵合后鍵合強度不高，長時間放置或者在操作硅片組的過程中，硅片組會分開；因此設置了步驟3)的高溫加固，從而使硅片的鍵合強度提高，從而保證了硅片組在后續的步驟4)工藝使用及再生時不會分離成兩片硅片。
[0026]步驟3 )加固可在有氧或無氧條件下進行，加固效果基本相同。
[0027]本發明的硅片鍵合分離方法，具有以下優點:[0028]重新利用了要廢棄和報廢的偏薄硅片，降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是氧化了拋光片A的鍵合片的制備流程圖；
[0030]圖2是未氧化拋光片A的鍵合片的制備流程圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖對本發明作進一步描述以闡明本發明的實質性特點和顯著的進步，但本發明決非僅局限于實施例。
[0032]實施例1、圖1給出了氧化拋光片A的制備流程圖，依次進行如下步驟:
[0033]I)、選用兩片由于厚度偏薄而導致再生后不符合半導體制造工廠對厚度的要求，其他參數符合要求的的8inch娃片測試片，晶向為〈111〉，摻雜型號為N型,摻雜劑為磷，電阻率大于30歐姆.厘米，該單晶硅片正面的表面粗糙度0.5nm、厚度為450 μ m。
[0034]2)、將拋光片A采用濕法熱氧化，濕法熱氧化的條件是在1100°C熱氧化250-350分鐘，氧氣流量6.61/min,氫氣流量為91/min,從而使拋光片A表面生成氧化層,該氧化層的厚度為 1.0-1.5 μ m。
[0035]由于選用濕法熱氧化，因此能保證所得的氧化層(即二氧化硅層)的表面粗糙度^ 0.8nm。
[0036]然后使上述兩片單晶硅片的正面兩兩對正后在鍵合機上鍵合，鍵合方法采用常規的硅片室溫直接鍵合法，鍵合區域空氣潔凈等級為10級，得鍵合硅片組。
[0037]3)、將上述鍵合硅片組放到退火爐中進行高溫處理，退火爐中通氮氣，處理溫度為1150°C，時間為I小時；得加固后硅片組。
[0038]4)、將加固后硅片組用單面研磨機進行單面減薄(研磨拋光片B)，減薄后的厚度為760 μ m,拋光后的目標厚度為750 μ m (符合半導體制造廠商要求的最高厚度為750 μ m),研磨產生的損傷層為10 μ m。
[0039]5)、將研磨后的片子進行單面拋光，并進行清洗、檢驗、測試等常規的拋光片制造工藝，得到厚度為750 μ m的拋光硅片。
[0040]6)、將上述拋光硅片送到半導體工廠作為測試片使用，使用后按常規再生工藝進行再生后再使用。
[0041]7)、當多次使用后，硅片厚度變得太薄而不適合半導體工廠使用時，需要把頂層硅(即拋光片B部分)去除，重新作為拋光片A再次使用。方法是，將表層進行損傷(假定半導體工廠所做工藝是熱氧化)，使用grinder機或噴砂機來產生表面損傷，小心不要損傷到拋光片A，將硅片投入到體積百分濃度為30%K0H的溶液中，待表層硅腐蝕干凈后，將硅片在投入到體積百分濃度為20%HF溶液中I小時，將硅片清洗干凈，即重新得到拋光片A
[0042]8)、將拋光片A與另一片拋光片進行鍵合后重復I到7的步驟進行重復使用。
[0043]對比實例1-1
[0044]直接選用8inch硅片測試片，晶向為〈111〉，摻雜型號為N型，摻雜劑為磷，電阻率大于30歐姆.厘米，與上述的本發明方法制成的測試片同時使用，比如作為氧化層厚度監測片，兩種硅片的測試結果無差異。[0045]實施例2、拋光片A無氧化的回收利用方法，依次進行如下步驟:
[0046]I)、選用兩片由于厚度偏薄而導致再生后不符合半導體制造工廠對厚度的要求，其他參數符合要求的的12inch娃片測試片，晶向為〈100〉,摻雜型號為P型,摻雜劑為磷，電阻率大于30歐姆.厘米，該單晶硅片正面的表面粗糙度0.3nm、厚度為550 μ m。
[0047]2)、使上述兩片單晶硅片拋光片A和B的正面兩兩對正后在鍵合機上鍵合，所述的鍵合方法采用常規的硅片室溫直接鍵合法，鍵合區域空氣潔凈等級為10級，得鍵合硅片組。
[0048]3)、將上述鍵合硅片組放到退火爐中進行處理，退火爐中通氮氣，處理溫度為1200°C，時間為30分鐘；得加固后硅片組。
[0049]4)、將加固后硅片組用單面研磨機進行單面減薄(研磨拋光片B)，減薄后的厚度為860 μ m,拋光后的目標厚度為850 μ m (半導體制造廠商要求的最高厚度為850 μ m),研磨產生的損傷層為10 μ m。
[0050]5)、將研磨后的片子進行單面拋光，并進行清洗、檢驗、測試等常規的拋光片制造工藝，得到厚度為850 μ m的拋光硅片。
[0051]6)、將上述拋光硅片送到半導體工廠作為測試片使用，使用后按常規再生工藝進行再生后再使用。
[0052]7)、當多次使用后，硅片厚度變得太薄而不適合半導體工廠使用時，需要把頂層硅(即拋光片B部分)去除，重新作為拋光片A再次使用。方法是，使用grinder機研磨到鍵合層，將鍵合層磨掉得到硅片A，厚度為540 μ m，將硅片進行拋光清洗及檢驗后重新得到得到厚度為530 μ m的拋光片A。
[0053]8)、將拋光片A與另一片拋光片進行鍵合后重復I到7的步驟進行重復使用。
[0054]對比實例2-1
[0055]選用12inch娃片測試片，晶向為〈100〉,摻雜型號為P型,摻雜劑為磷，電阻率大于30歐姆.厘米，該單晶硅片正面的表面粗糙度0.3nm、厚度為850 μ m,與上述采用本發明方法制成的硅片同時使用，比如作為環境監測，經過工藝后，測試表面的顆粒數及表面金屬分析，結果顯示，兩種硅片的結果處于同種水平。即，兩種測試片的使用效果是相同的。
[0056]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種薄硅片的重新利用方法，其特征在于所述的方法的步驟為: 1)選用兩片使用過的厚度偏薄的測試硅片，即拋光片A和拋光片B厚度不符合硅片制造的測試片的厚度要求，進行常規的再生工藝后，每片都有一個面是拋光面； 2)將其中任意一片拋光硅片，拋光片A進行熱氧化生成SIO2層，然后使帶有氧化層的拋光娃片正面與另一拋光娃片B的正面兩兩正對后進行室溫鍵合； 或不進行熱氧化，直接將兩片拋光硅片正面兩兩對準后進行室溫鍵合；從而獲得鍵合娃片組； 3)將步驟2)鍵合的硅片組放到高溫爐中進行退火，得到加固后的硅片組； 4)將鍵合硅片組進行減薄，減薄后的厚度為半導體制造需要的最高厚度加拋光需要去除的損傷層厚度； 5)拋光，去除掉表面由于減薄產生的損傷層； 6)經過清洗檢驗合格后送半導體制造工廠作為測試片使用。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于: a)步驟1)中拋光片A和拋光片B偏薄的厚度為450-570μ m，直徑為6inch以上，表面粗糙度≤0.8nm ； b)步驟2)鍵合時空氣潔凈等級≤10級，即10級或10級以上。
3.按權利要求1所述的方法，其特征在于步驟2)拋光片A經過熱氧化重新利用的步驟是: 1)選用兩片由于厚度偏薄而導致再生后不符合半導體制造工廠對厚度的要求，其他參數符合要求的的Sinch硅片測試片，晶向為<111>，N型摻雜，摻雜劑為磷，電阻率大于30歐姆.厘米； 2)將拋光片A采用濕法熱氧化，濕法熱氧化的條件是在1100°C熱氧化250-350分鐘，氧氣流量6.61/min,氫氣流量為91/min,從而使拋光片A表面生成氧化層； 然后使上述兩片單晶硅片的正面兩兩對準后在鍵合機上鍵合，鍵合方法采用常規的硅片室溫直接鍵合法，鍵合區域空氣潔凈等級為10級，得鍵合硅片組； 3)將上述鍵合硅片組放到退火爐中進行高溫處理，得加固后硅片組； 4)將加固后硅片組用單面研磨機進行單面減薄，研磨拋光片B，減薄后的厚度為760 μ m,拋光后的目標厚度為750 μ m,以符合半導體制造廠商要求的最高厚度為750 μ m ； 5)將研磨后的片子進行單面拋光，并進行清洗、檢驗、測試常規的拋光片制造工藝，得到厚度為750 μ m的拋光硅片； 6)將上述拋光硅片送到半導體工廠作為測試片使用，使用后按常規再生工藝進行再生后再使用。
4.按權利要求3所述的方法，其特征在于: a)步驟1)所述的單晶硅片的表面粗糙度為小于0.5nm ； b)步驟2)所述的拋光片A的濕法氧化層的厚度為0.1-1 μ m，表面粗糙度≤0.Snm ； c)步驟3)所述的退火爐中高溫處理溫度為1150°C，時間為I小時；氣氛為有氧或無氧條件； d)加固后硅片組單面研磨減薄產生的損傷層為10μ m。
5.按權利要求1所述的方法，其特征在于步驟2拋光片A不經過熱氧化重新利用的步驟是: 1)、選用兩片由于厚度偏薄而導致再生后不符合半導體制造工廠對厚度的要求，其他參數符合要求的的12inch娃片測試片拋光片A和拋光片B,晶向為〈100〉,摻雜型號為P型，摻雜劑為磷，電阻率大于30歐姆.厘米； 2)、使上述兩片單晶硅片的正面兩兩對正后在鍵合機上鍵合，所述的鍵合方法采用常規的硅片室溫直接鍵合法，鍵合區域空氣潔凈等級為10級，得鍵合硅片組； 3)、將上述鍵合硅片組放到退火爐中進行處理，退火爐中通氮氣，處理溫度為1200°C，得加固后硅片組； 4)、將加固后硅片組用單面研磨機進行單面減薄研磨拋光片B，減薄后的厚度為860 μ m,拋光后的目標厚度為半導體制造廠商要求的最高厚度為850 μ m ； 5)、將研磨后的片子進行單面拋光，并進行清洗、檢驗、測試常規的拋光片制造工藝，得到厚度為850 μ m的拋光硅片； 6)、將上述拋光硅片送到半導體工廠作為測試片使用，使用后按常規再生工藝進行再生后再使用。
6.按權利要求5所述的方法,其特征在于: a)步驟1)所述的單晶硅片表面粗糙度為0.3nm,厚度為550 μ m ; b)步驟3)在1200°C退火溫度下退火時間為30分鐘； c)步驟4)研磨產生的損傷層為10μ m。
7.按權利要求3所述的方法，其特征在于經清洗檢驗合格后多次重新作為測試片使用時，需將頂層硅即拋光片B去除，重新作為拋光片A再次使用，方法是將表層使用grinder機械噴砂機進行表面損傷，同時不要損傷到拋光片A，然后將硅片投入到體積百分濃度為30%的KOH熔液中，將表層硅腐蝕干凈后，將硅片再投入到體積百分濃度為20%的HF熔液中1小時，將硅片清洗干凈，重新得到拋光片A。
8.按權利要求5所述的方法，其特征在于當多次使用后，硅片厚度變得太薄而不適合半導體工廠使用時，需要把頂層硅，即拋光片B部分去除，重新作為拋光片A再次使用；方法是，使用grinder機研磨到鍵合層,將鍵合層磨掉得到娃片A,厚度為540 μ m,將娃片進行拋光清洗及檢驗后重新得到厚度為530 μ m的拋光片A。
9.按權利要求7和8所述的方法，其特征在于所述的grinder機為DISCO公司的841型研磨機。
【文檔編號】H01L21/00GK103794467SQ201410060656
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月21日 優先權日:2014年2月21日
【發明者】肖型奎, 陳杰, 李顯元, 唐旭, 宋洪偉, 陳猛 申請人:上海超硅半導體有限公司